Celiuliozės azoto rūgšties reakcija. Celiuliozės nitratai, jų gamyba, savybės ir panaudojimas

Viena iš neigiamų technologijų plėtros pasekmių modernus pasaulis yra autoavarijos. Kasmet jie nusineša daugiau nei 1 milijono žmonių gyvybes ir daugiau nei penkiasdešimt milijonų yra sužalojami įvairaus sunkumo. Prancūzų chemikas Edouardas Benedictus prisidėjo prie aukų ir sužeistųjų skaičiaus mažinimo keliuose proceso.

XX amžiaus pradžioje Benediktas eksperimentų metu netyčia pagavo kolbą, kuri, nukritusi nuo lentynos, nesudužo, o tik įtrūko, išlaikydama pirminę formą. Šis epizodas privertė Edvardą susimąstyti. Šiame inde anksčiau buvo laikomas eterinis-alkoholinis celiuliozės nitrato tirpalas, kuris išgaravęs ant kolbos sienelių paliko labai ploną celiuliozės nitrato sluoksnį, kuris visiškai netrukdė stebėti indo turinio.

Tais laikais automobilių priekiniai stiklai buvo gaminami iš visiškai įprasto stiklo, kuris avarijos metu subyrėjo į daugybę aštrių skeveldrų, kurios sunkiai sužalojo vairuotoją ir keleivius.

Būtent vienas iš tokių incidentų su automobilio avarija, apie kurį Benediktas sužinojo iš laikraščių, privertė mokslininką prisiminti išlikusią kolbą. Po tam tikrų eksperimentų su stiklo celiuliozės nitrato danga jis rado variantą, kuris idealiai tinka automobilių stiklui. Jo esmė buvo tokia: tarp dviejų įprastų stiklinių buvo padėtas celiuliozės nitrato sluoksnis. Pakaitinus tokį „sumuštinį“ išsilydė vidinis sluoksnis, o stiklai buvo patikimai suklijuoti.

Tokie stiklo paketai net atlaikė plaktuko smūgį, tuo tarpu skilinėjo, tačiau nesutrupėjo ir išlaikė pirminę formą. Taigi 1909 metais Eduardas Benediktas išrado ir užpatentavo stiklą pavadinimu „Triplex“.

Maždaug tuo pačiu metu kitas mokslininkas, anglas Johnas Woodas, kovojo su apsauginių akinių kūrimo problema. Specialaus stiklo išradimo patentą jis gavo 1905 m. Tačiau Wood's stiklas nepateko į masinę gamybą dėl didelių eksploatacinių medžiagų kainos. Jo išradimo esmė buvo ta, kad vietoj celiuliozės nitrato vidiniame sluoksnyje panaudota brangi guma. Be to, galutinis produktas prarado dalį savo skaidrumo, o tai sukėlė diskomfortą vairuotojams.

Iš pradžių Benedikto išradimas taip pat nepatiko automobilių gamintojams, nes padidino jo savikainą. Tačiau kariškiai tai įvertino. Akiniai „tripleksai“ Pirmojo pasaulinio karo metais buvo pakrikštyti ugnimi, nes buvo naudojami dujokaukėse.

Automobilių pramonėje Henris Fordas pirmasis pristatė tripleksus. Tai įvyko 1919 m. Prireikė maždaug 15 metų, kol kiti automobilių gamintojai pradėjo naudoti tripleksus. Šie akiniai naudojami ir šiandien.

Enciklopedinis „YouTube“.

1 / 1

Nitroceliuliozės deginimas

Subtitrai

Bendra informacija

Nitroceliuliozė – pluoštinė biri masė balta spalva, Autorius išvaizda panašus į celiuliozę. Viena iš svarbiausių charakteristikų yra hidroksilo grupių pakeitimo nitro grupėmis laipsnis. Praktikoje dažniausiai naudojamas ne tiesioginis pakeitimo laipsnio žymėjimas, o azoto kiekis, išreikštas masės procentais. Priklausomai nuo azoto kiekio, yra [ ]

• koloksilinas (10,7–12,2 % azoto)
• piroksilinas Nr. 2 (12,05–12,4 % azoto)
• pirokolodis (12,6 % azoto) – ypatinga nitroceliuliozės rūšis, kurią pirmą kartą gavo D. I. Mendelejevas, netirpus alkoholyje, tirpus alkoholio ir eterio mišinyje.
• piroksilinas Nr. 1 (13,0–13,5 % azoto)

• 1832 m. – prancūzų chemikas Henri Braconnot atrado, kad krakmolą ir medienos pluoštą apdorojant azoto rūgštimi, susidaro nestabili degi ir sprogi medžiaga, kurią jis pavadino ksiloidinu (ksiloїdine).
• 1838 – kitas prancūzų chemikas Theophile-Jules Pelouze panašiai apdorojo popierių ir kartoną ir gavo panašią medžiagą, kurią pavadino nitramidinu. Mažas gautos nitroceliuliozės stabilumas neleido jos panaudoti techniniams tikslams.
• 1846 m. ​​– Šveicarijos chemikas Christian Friedrich Schönbein atsitiktinai atrado praktiškesnį nitroceliuliozės gamybos būdą. Dirbdamas virtuvėje jis ant stalo išpylė koncentruotą azoto rūgštį. Kad pašalintų rūgštį, chemikas panaudojo medvilninį skudurėlį ir pakabino jį džiūti ant viryklės. Po džiovinimo audinys sudegė sprogimu. Schonbein sukūrė pirmąjį priimtiną nitroceliuliozės gamybos būdą – vieną dalį medvilnės pluošto apdorojant penkiolikoje dalių sieros ir azoto rūgščių mišinio santykiu 50:50. Azoto rūgštis reagavo su celiulioze, kad susidarytų vanduo, o sieros rūgšties reikėjo, kad būtų išvengta praskiedimo. Po kelių minučių apdorojimo medvilnė buvo pašalinta iš rūgšties, nuplaunama saltas vanduo prieš pašalinant rūgštis ir išdžiovinti.

Gauta nauja medžiaga buvo iš karto panaudotas parako, vadinamo ginklų medvilne (Guncotton), gamybai. Nitroceliuliozė davė 6 kartus daugiau degimo produktų nei juodieji milteliai, daug mažiau dūmų ir mažiau įkaitino ginklą. Tačiau jo gamyba buvo labai pavojinga ir ją lydėjo daugybė gamybos sprogimų. Tolesni tyrimai parodė, kad žaliavų grynumas vaidina pagrindinį vaidmenį gamybos pavojuje – jei medvilnė nebuvo kruopščiai išvalyta ir neišdžiovinta, įvykdavo staigūs sprogimai.

• 1869 m. – Anglijoje, vadovaujant Frederikui Augustui Abeliui, buvo sukurta technologija su nitroceliuliozės malimu specialiuose olanduose ir pakartotiniu (iki 8 kartų) ilgu plovimu ir džiovinimu, kurių kiekvienas truko iki 2 dienų. Hollanderis įdeda ovalią skerspjūvio vonią su joje pritvirtintais skersiniais peiliais. Į peilių šoną eina velenas su banguotais diskiniais peiliais. Kai velenas sukasi, veleno peiliai pereina tarp fiksuotų peilių ir supjausto nitroceliuliozės pluoštą. Sieros ir azoto rūgščių santykis mišinyje pakeistas į 2:1. Naudojant šią technologiją buvo galima gauti produktą, kuris yra gana stabilus sandėliavimo ir naudojimo metu.

Praėjus dešimčiai metų po šios technologijos patentavimo, piroksilinas buvo pradėtas naudoti visame pasaulyje, pirmiausia kaip kriauklių ir jūrų minų užpildas. Kitas pritaikymas, kurį koloksilinas rado beveik iš karto, buvo klijų, skirtų mažoms žaizdoms sandarinti, gamyba. Nesant pleistro (mūsų dabartiniu supratimu), šie klijai greitai išpopuliarėjo. Tiesą sakant, tai buvo savotiškas tirštas nitrolakas. Po kelerių metų serija sprogimų gamyklose ir sandėliuose, kuriuose vyksta procesai, kuriuose naudojamas piroksilinas, privertė atidžiau pažvelgti į šio gaminio stabilizavimo problemą. Nepaisant visų sunkumų, nuo 1879 m. iki šių dienų celiuliozės nitratai yra plačiai naudojami energijos prisotintų junginių technologijoje ir daugelyje kitų pramonės sričių.

Kvitas

Geriausios žaliavos nitroceliuliozei gaminti yra ilgaamžės rankomis skintos medvilnės veislės. Mašinomis surinktoje medvilnėje ir medienos masėje yra daug priemaišų, kurios apsunkina paruošimą ir mažina gaminio kokybę. Nitroceliuliozė gaunama apdorojant išgrynintą, atlaisvintą ir išdžiovintą celiuliozę sieros ir azoto rūgščių mišiniu, vadinamu nitravimo mišiniu.

Celiuliozės nitratai

Celiuliozės nitratai- celiuliozės ir azoto rūgšties esteriai. Celiuliozės nitratai gaunami celiuliozės esterinimo reakcija su azoto rūgštimi, vadinama nitrinimo reakcija:

→ ←

[C6H7O2(OH)3] n + xn HNO3 [C6H7O2(OH)3- X(ONO 2) X]n + xn H2O.

celiuliozės nitratas

Ši reakcija yra grįžtama, todėl ji atliekama esant vandenį šalinančioms medžiagoms. Pramonėje nitrinimui naudojamas mišinys HNO 3 - H 2 SO 4 - H 2 O. Sieros rūgštis ne tik suriša vandenį, bet ir sukelia celiuliozės brinkimą ir tuo pagreitina azoto rūgšties difuziją į jos kristalinę dalį. Nitrinimo metu vyksta celiuliozės šalutinės reakcijos: hidrolizinis skilimas veikiant vandeniui (katalizatorius H 2 SO 4) ir oksidacinis skilimas veikiant HNO 3.

Celiuliozės nitratai yra termoplastikai. Atsižvelgiant į pakeitimo laipsnį, įvertintą pagal azoto kiekį, jie skirstomi į koloksilinai(azoto kiekis 10,5–12,2 proc.) ir piroksilinai(azoto kiekis 12,3–13,7 proc.). Teorinė azoto masės dalis celiuliozės trinitrate (t.y. pakeitimo laipsnis yra 3) yra 14,14%. Celiuliozės nitratai yra degūs, labai degūs ir sprogūs, jei juose yra daug azoto.

Gamyboje naudojami piroksilinai ir koloksilinai, turintys daug azoto be dūmų milteliai, dinamitas, kietasis raketinis kuras ir kitos sprogstamosios medžiagos. Koloksilinas naudojamas etrolų, celiulioidų, lakų, klijų gamyboje.

Etrolas yra termoplastinė medžiaga, gaunama plastifikuoto celiuliozės nitrato pagrindu su mineraliniais ir organiniais užpildais, naudojama įvairioms techninių gaminių ir plataus vartojimo prekių dalims. Anksčiau fotografinės ir kino juostos buvo gaunamos iš celiuliozės nitratų, tačiau dėl lengvo degumo tokios plėvelės gamyba buvo nutraukta. Nitroceliuliozės plėvelė pakeista nedegia celiuliozės acetato plėvele.

Celiuliozė- plastikas celiuliozės nitrato pagrindu, plastifikuotas kamparu. Iš esmės tai yra kietas celiuliozės nitrato tirpalas kampare. Jis plačiai naudojamas galanterijos, žaislų, stalo teniso kamuoliukų gamyboje. Tačiau dėl didelio degumo jo, kaip ir nitroceliuliozės etrolo, naudojimas palaipsniui nutraukiamas.

Nitro-lakai- celiuliozės nitrato tirpalai tirpikliuose, dažniausiai tirpiklių mišiniuose, kuriuose yra plastifikatorių. Lako pagrindas yra koloksilinas. Nitrolakų pagrindu gaminami nitrodažai, nitroemaliai, nitromastikos.

Celiuliozės nitrato savybės

Celiuliozės nitratai (NC) yra didelės molekulinės masės sprogmenys, kurių bendroji formulė n. Jie yra celiuliozės polisacharido nitratiniai poliesteriai. Tai junginiai, kuriuose yra ONO2 nitratų grupių, sujungtų su anglies atomu. Techniniai celiuliozės nitratai yra sudėtingi polimerai, chemiškai nevienalyčiai, turintys nuo 5 iki 15 % nepakeistų hidroksilo grupių, turintys skirtingą azoto kiekį.

Specifinės celiuliozės nitratų savybės lemia jų taikymo sritį. Lengvas užsidegimas, galimybė plastifikuojant virsti medžiaga, kuri pagal tam tikrą dėsnį dega lygiagrečiais sluoksniais, išsiskyrimas didelis skaičius dujų degimo metu, didelė žaliavų bazė paaiškina beveik monopolį jų panaudojimą bedūmiams milteliams.

Dėl didelio celiuliozės nitratų mechaninio stiprumo, gero suderinamumo su plastifikatoriais ir perėjimo į plastinę būseną šiek tiek pakilus temperatūrai, patartina juos naudoti gaminant, ypač celiulioidą.

Celiuliozės nitratų tirpumas įprastuose tirpikliuose, tokiuose kaip alkoholis, eteris, acetonas ir didelis mechaninės savybės Gautos plėvelės leidžia jas panaudoti nitrolakų ir lako dangų gamybai. Jų tirpumui įtakos turi azoto kiekis, klampumas, temperatūra, esterinimo laipsnio vienodumas ir tirpiklio sudėtis.

Pramonė gamina šias pagrindines celiuliozės nitratų rūšis:

Koloksilinas, kuriame yra 10,7-12,2% azoto;

Piroksilinas Nr. 2, kuriame yra 12,2-12,4% azoto;

Piroksilinas Nr.1, kuriame yra 13-3,5% azoto.

Lakų ir dažų gamyboje celiuliozės nitratai reikalingi, kad būtų užtikrintas tirpalo gamybiškumas. mažas klampumas, kuris atitinka polimerizacijos laipsnį 100-300 diapazone. Didelė svarba turi piroksilinų klampumą gaminant piroksilino miltelius. Racionaliausias sąlyginis piroksilino Nr.1 ​​klampumas yra 6-10? O dėl piroksilino Nr. 2-4-8? E. Dažų ir lakų pramonėje, kur daugiausia naudojami koloksilinai, analitinės kontrolės metu jų kokybė vertinama pagal jų tirpalų klampumą sudėtiniame kompozicijos tirpiklyje, %: techninis normalus butilacetatas-12,5; techninis acetonas-5; etilo alkoholis-17,5; butilo sintetinis alkoholis-15; naftos toluenas-50.

Priklausomai nuo išbandyto koloksilino prekės ženklo, šiame tirpiklyje ruošiami tirpalai, kurių masės dalis yra 8,20 ir 25%.

Norint išplėsti taikymo sritį, būtina gauti koloksilinus, kurie lengvai tirpsta žemesniuosiuose alkoholiuose, tokiuose kaip etilas, metilas. Metilo alkoholio, kaip ir etilo alkoholio, tirpinamasis poveikis priklauso nuo celiuliozės nitratų esterinimo laipsnio.

Norint gauti mums reikalingą alkoholyje tirpų koloksiliną, būtina modifikuoti jo savybes muilinant įvairiais reagentais, būtent hidrosulfido rūgšties rūgščių druskų tirpalais, kaustinės sodos tirpalais, sieros ir azoto rūgščių tirpalais. Tačiau pirmiausia reikia ištirti koloksilino savybes, jo taikymo sritį, gavimo būdus ir nustatyti optimalias alkoholyje tirpaus koloksilino gavimo sąlygas, kurių pagrindinės charakteristikos atitinka šias vertes:

Sąlyginis klampumas 1,5-1,7;

Polimerizacijos laipsnis 300-600.

(710,29 Kb) atsisiuntimai 558 kartus